WSN中無線觸發傳感MAC協議

摘要：本文中，我們提出一種新的MAc協議，稱無線觸發傳感器MAc（RTM）協議，有望成為下一代傳感器網絡。提出的RTM是一個跨層MAc協議，利用被動無線傳感器硬件來有效進行媒介訪問。被動無線傳感器從天線信號中獲得能量并供給其能量。被動無線傳感器有義務喚醒休眠節點，傳感器節，最處于體眠模式其正常通信無線電關閉。為與鄰傳感器節最通信，傳送一個喚醒信號。這個喚醒信號提供給喚醒的傳感器節點的被動無線傳感器。在數據通信之后，關掉傳感器節點，RTM協議表明用更少的能耗和更快的數據傳遞特點將對具體的應用如無線身體區域網絡和安全監控系統非常有價值。

關鍵詞：被動無線電傳感器；無線觸發；MAC；WSN；RTM

1、介紹

WSN由具有感知和計算能力的低功率設備構成，這些小的廉價設備由電池供能，因此傳感器節點必須是有效能量。

在一個傳感器節點上無線電經常使用能量的組成部分。WSN中傳統WSN協議節省能量依靠介紹喚醒/45眠調度方法的概念，在這方法中節點在偵聽和休眠之間周期地改變。使用周期循環方法和MAC協議是感知MAC（s-MAC），定時MAC（T-MAC）等。喚醒/休眠調度方法常稱獨立而復雜的應用。在系統事件的節點和定時之間同步頻率應仔細被設計，否則在網絡中一些節點可能錯過喚醒需求。而且，周期循環MAc協議中在能耗和延遲之間常折衷。低周期循環產生低能耗，但在數據通信內，同時增加延遲，這在許多應用中是不可能提供的。

2、設計和實現

這部分中，描述解決方法減少需求為在一個傳感器節點上周期性喚醒射頻模式。RTM協議基于被動無線傳感器探測無線傳送在一個射頻模式的操作范圍之內。無線傳感器是一個被動設備和從接收無線信號中自己供能。傳感器的射頻模式保留空間完全地關閉。通過使用附在傳感器節點上的被動無疑傳感器硬件，傳感器節點從休眠狀態喚醒。在休眠模式中這個特點導致傳感器節點的許多年操作并立刻喚醒為數據通信需要。

2.1 被動無線傳感器

使用的傳感器節點是被動設備，這在RFID數據中是非常流行的。在這使用的無線傳感器為操作提供任何功率。無線傳感器收集足夠的能量從周圍觸發中繼到喚醒網絡節點。而且，無線傳感器運行一個超帶濾波器，這被選擇的信號和中繼網絡節點僅當天線信號在一個RF模塊的操作范圍之內被監測到，這阻止節點發出錯誤警報和不必要的喚醒。

不像其他傳統的MAC協議，這使分離信道為喚醒信息，RTM使用相同信道為喚醒前導碼，被無線傳感器運行在相同操作頻率的節點通信中。

在傳感器節點處RF模塊常被關掉。無論何時在環境中無線傳感器探測傳送傳感器節點被喚醒。射頻模塊然后處理剩余的通信。在完成通信后，射頻模塊再一次被關掉。

2.2 傳感器節點喚醒

在通信開始，傳送者通過使用CSMA/CA協議競爭媒介，一個贏家發送一個喚醒前導來喚醒休眠節點。喚醒前導是一些字節的規則比特形式且不包含任何有用的信息喚醒前導用于為間斷傳感器節點的被動無線傳感器節點。被動射頻傳感器由喚醒前導供能鄰節點喚醒它各自的節點。因此，節點準備通信。

2.3 通信

圖1表明采用RTM傳感器節點的數據發送過程。在RTM中通信甚至類似于IEEE802.11。我們采用RTS/CTS機制解決隱藏終端問題。同樣，RTS/CTS機制阻止節點偷聽，如圖l所示，發送者先發送喚醒前導初始化通信。被動傳感器的接收節點由前導喚醒他們自己供能。在發送喚醒前導之后，發送者傳送RTS和等待CTS。如果一個節點在一定時間內沒有得到CTS，試圖重發送RTS在一定門檻數量時間。在傳送失敗后，節點放棄然后進入休眠。如節點成功地接收CTS，然后發送數據并等待ACK。在獲得ACI/后，節點進入休眠，如果節點在一定時間內沒有獲得ACK，它重傳數據。

3、結論

本文中，提出一個新能量效率MAC協議稱RTM，其具有兩個優勢：低延遲和高能量效率。為達到上面提到的優勢，提出的RTM使用一個被動無線傳感器，這喚醒休眠狀態的節點，無論何時在周圍有通信。因為被動傳感器，節點能在休眠節點花費大部分時間，并立刻喚醒，無論何時有通信時。